一種稀土金屬自動電解設備的製作方法

2023-07-19 10:06:11

本發明涉及電解設備技術領域，具體涉及一種稀土金屬自動電解設備。

背景技術：

製取稀土金屬的方法有兩種熔鹽體系，一種是氯化物體系，另一種是氟化物體系；由於氟化物對設備的腐蝕性非常強，工業上主要採用氯化物體系熔鹽電解製取稀土金屬。目前工業應用的電解槽主要有小型石墨圓形槽和陶瓷槽兩種類型，前者結構簡單，使用方便，但是燒蝕嚴重，電能消耗大，生產能力小，工作電流在800-1000a，後者生產能力大，工作電流3000-10000a或更高。

採用氯化物體系熔鹽電解生產時，電解槽內的電解溫度會影響稀土金屬的質量，電解溫度過高，電流效率明顯降低，熔鹽消耗大；電解溫度低，金屬凝聚差，金屬外觀難看，甚至金屬中夾帶有熔鹽，導致金屬質量受到影響；傳統的稀土金屬電解槽內未設置有自動加料裝置，只能憑經驗去加料操作，而且廢料、以及稀土金屬的出料全是分開由人工進行，既增加了人工勞動強度，生產效率又低，因此有對設備進行改進的必要。

技術實現要素：

為了克服現有技術的缺陷，本發明所要解決的技術問題在於提出一種稀土金屬自動電解設備，其能夠滿足對氯化物熔鹽進行自動電解，可以自動往陶瓷槽中進料，還可以自動從陶瓷槽排出廢料與電解生成的稀土金屬，不用經常打開設備，也不需人工來判斷和實行進料、排料等操作；還可以根據電子秤、氣壓計、以及氣體測量器的數據判斷反應完成的進度與效率。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

本發明提供了一種稀土金屬自動電解設備，包括反應裝置、進料裝置、廢料出料裝置、電流裝置、稀土金屬出料裝置、廢氣處理裝置、以及控制裝置；

所述反應裝置包括陶瓷槽、瓷皿、密封氣蓋、反應電子溫度計、以及耐高溫鋼槽，所述瓷皿設置在陶瓷槽底部一側，所述耐高溫鋼槽內側形狀與陶瓷槽外側形狀相適應，所述耐高溫鋼槽設置在陶瓷槽外側，所述密封氣蓋覆蓋在陶瓷槽頂端，所述反應電子溫度計穿過密封氣蓋，其溫度感應器設置在陶瓷槽中部，用於監測反應溫度；

所述進料裝置設置在耐高溫鋼槽外側，所述進料裝置包括耐高溫金屬箱、進料閥門、以及進料管道，所述耐高溫金屬箱底端的水平高度高於陶瓷槽頂端，所述進料管道一端與耐高溫金屬箱底部相接，所述進料管道另一端穿過密封氣蓋，設置在陶瓷槽頂部，所述進料閥門設置在管道與耐高溫金屬箱底部相接處；

所述廢料出料裝置包裝廢料槽、廢料真空泵、以及廢料出料管道，所述廢料槽設置在耐高溫鋼槽外側，所述廢料真空泵固定在廢料槽頂部，所述廢料出料管道一端設置在廢料槽側面中部，所述廢料出料管道另一端穿過密封氣蓋，設置在陶瓷槽的底部；

所述電流裝置包括石墨陽極、以及鎢棒陰極，所述鎢棒陰極穿過密封氣蓋設置在陶瓷槽內一側，所述鎢棒陰極位於瓷皿上方，所述石墨陽極穿過密封氣蓋設置在陶瓷槽內另一側；

還設有反應檢測裝置，所述反應檢測裝置包括電子秤、絕緣陶瓷套、氣壓計、以及氣體流量測量器，所述絕緣陶瓷套固定在石墨陽極上方，所述電子秤設置在絕緣陶瓷套上方，所述電子秤與絕緣陶瓷套相接，所述電子秤用於測量絕緣陶瓷套與石墨陽極的質量，所述氣體流量測量器設置在密封氣蓋上方氣管內部，用於測量流經氣管的氣體體積，所述氣壓計設置在所述氣體流量測量器上方，所述氣壓計用於測量氣管中的氣壓，所述電子秤、氣壓計、以及氣體流量測量器與控制裝置電路連接。

所述稀土金屬出料裝置用於將瓷皿中的稀土金屬成品抽出；

所述廢氣處理裝置用於處理原料處理後產生的廢氣；

所述控制裝置用於控制所述進料閥門、廢料真空泵、稀土金屬處理裝置、以及所述電解裝置，所述反應電子溫度計與控制裝置電路連接。

在本發明較佳地技術方案中，所述稀土金屬出料裝置包括收集真空泵、稀土金屬收集箱、以及稀土金屬出料管道，所述稀土金屬設置在耐高溫鋼槽外側，所述稀土金屬收集箱由陶瓷內槽、耐高溫鋼外槽組成，所述收集真空泵設置在陶瓷內槽頂部，所述稀土金屬出料管道一端設置在稀土金屬收集箱側面中部，穿過耐高溫鋼外槽、以及陶瓷內槽與陶瓷內槽想通，所述稀土金屬出料管道另一端穿過密封氣蓋，設置在瓷皿底面上方。

在本發明較佳地技術方案中，所述廢氣處理裝置包括氣管、以及石灰乳處理箱，所述石灰乳處理箱設置在耐高溫鋼槽外側，所述氣管一端穿過密封氣蓋懸空設置在陶瓷槽上方，所述氣管另一端從石灰乳處理箱上方進入，插入石灰乳至石灰乳處理箱底面上方。

在本發明較佳地技術方案中，所述控制裝置包括電源、控制面板、高頻電源、以及機箱，所述高頻電源設置在機箱左側，所述電源設置在機箱右側，所述控制面板設置在機箱的側面，所述高頻電源、以及電源均與控制面板電路連接，所述進料閥門、廢料真空泵、稀土金屬處理裝置、廢氣處理裝置均通過控制面板與電源電路連接，所述石墨陽極與高頻電源正極相連，所述鎢棒陰極與高頻電源負極電路相連，所述高頻電源與控制裝置電路連接。

在本發明較佳地技術方案中，所述鎢棒陰極外側設有瓷套管，所述瓷套管包圍住鎢棒陰極側面，所述鎢棒陰極與高頻電源負極電路連接，所述鎢棒陰極下表面暴露在瓷皿上方。

在本發明較佳地技術方案中，所述電子秤上方設有伸縮杆與推動氣缸，所述伸縮杆下端與電子秤上部固定連接，所述推動氣缸與伸縮杆相連，所述推動氣缸與控制面板電路連接。

在本發明較佳地技術方案中，所述反應裝置的耐高溫鋼槽底部還設有冷卻裝置，所述冷卻裝置包括水箱、進水口、進水閥門、以及出水口，所述水箱形狀與所述耐高溫鋼槽相適應，所述水箱包圍在耐高溫鋼槽外側，所述進水口與水箱頂端左側相連，所述出水口與水箱頂端右側相連，所述進水閥門設置在進水口與水箱頂端左側相連處，所述進水閥門與所述控制裝置電路連接。

在本發明較佳地技術方案中，所述陶瓷槽上方的氣管內設有抽氣扇，用於加速把密封氣蓋內的廢氣抽出至石灰乳處理箱中，所述抽氣扇與所述控制裝置電路連接。

在本發明較佳地技術方案中，所述進料裝置的耐高溫金屬箱內部還設有進料電子溫度計，用於監測進入反應裝置的原料溫度，所述進料電子溫度計與所述控制裝置電路連接。

在本發明較佳地技術方案中，所述進料裝置的耐高溫金屬箱底部還設有加熱器，用於加熱進入反應裝置的原料，所述加熱器與所述控制裝置電路連接。

本發明的有益效果為：

該稀土金屬自動電解設備可以自動對氯化物熔鹽進行電解，實現自動進料與出料，並可以調節陶瓷槽內溫度，不用經常打開設備，也不需人工來判斷和實行進料、排料等操作；

反應裝置提高耐高溫密封反應環境；進料裝置可以往陶瓷槽進料、以及對原料氯化物熔鹽加熱；廢料出料裝置可以抽出陶瓷槽中的廢料；稀土金屬出料裝置可以抽出電解反應生成的稀土金屬；電解裝置和高頻電源可以為反應提供大電流；廢氣處理裝置可以快速高效處理反應廢氣；控制裝置為整個設備提供電源、以及控制設備的整體運行；冷卻裝置可以高效地對反應裝置降溫；反應檢測裝置可以實時檢測氯化物熔鹽反應的進行程度；整個設備自動化程度高，提高電解金屬的質量。

附圖說明

圖1是本發明具體實施方式提供的稀土金屬自動電解設備的整體結構示意圖；

圖2是本發明具體實施方式提供的稀土金屬自動電解設備的稀土金屬出料裝置結構示意圖；

圖3是本發明具體實施方式提供的稀土金屬自動電解設備的廢料出料裝置結構示意圖；

圖4是本發明具體實施方式提供的稀土金屬自動電解設備的控制裝置結構示意圖；

圖5是本發明具體實施方式提供的稀土金屬自動電解設備的控制裝置電源與高頻電源分布示意圖。

圖中：

1、反應裝置，11、耐高溫鋼槽，12、陶瓷槽，13、密封氣蓋，14、瓷皿，15、反應電子溫度計，151、溫度感應器，2、進料裝置，21、進料電子溫度計，22、耐高溫金屬箱，23、加熱器，24、進料閥門，25、進料管道，3、廢料出料裝置，31、廢料出料管道，32、廢料真空泵，33、廢料槽，4、石墨陽極，5、鎢棒陰極，51、瓷管套，6、稀土金屬出料裝置，61、稀土金屬出料管道，62、收集真空泵，63、陶瓷內槽，64、耐高溫鋼外槽，7、廢氣處理裝置，71、氣管，72、石灰乳處理箱，73、抽氣扇，8、控制裝置，81、機箱，82、控制面板，821、顯示器，822、控制按鈕，83、電源，84、高頻電源，91、電子秤、92、絕緣陶瓷套，93、氣體流量測量器，94、氣壓計，911、伸縮杆，912、推動氣缸，101、進水閥門，102進水口，103、水箱，104、出水口。

具體實施方式

下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

參考圖1，實施例中提供了一種稀土金屬自動電解設備，包括反應裝置1、進料裝置2、廢料出料裝置3、電流裝置、稀土金屬出料裝置6、廢氣處理裝置7、以及控制裝置8；

反應裝置1包括陶瓷槽12、瓷皿14、密封氣蓋13、反應電子溫度計15、以及耐高溫鋼槽11，耐高溫鋼槽11可以承受1000-1350k的高溫，所述瓷皿14設置在底部一側，耐高溫鋼槽11內側形狀與陶瓷槽12外側形狀相適應，耐高溫鋼槽11設置在陶瓷槽12外側，密封氣蓋13覆蓋在陶瓷槽12頂端，反應電子溫度計15穿過密封氣蓋13，其溫度感應器151設置在陶瓷槽12中部，用於監測反應溫度；反應裝置1的耐高溫鋼槽11底部還設有冷卻裝置，冷卻裝置包括水箱103、進水口102、進水閥門101、以及出水口104，水箱103形狀與耐高溫鋼槽11相適應，水箱103包圍在耐高溫鋼槽11外側，進水口102與水箱103頂端左側相連，出水口104與水箱103頂端右側相連，進水閥門101設置在進水口102與水箱103頂端左側相連處，進水閥門101與控制面板82電路連接。

進料裝置2設置在耐高溫鋼槽11外側，進料裝置2包括耐高溫金屬箱22、進料閥門24、以及進料管道25，耐高溫金屬箱22可以承受1000-1350k的高溫，耐高溫金屬箱22底端的水平高度高於陶瓷槽12頂端，進料管道25一端與耐高溫金屬箱22底部相接，進料管道25另一端穿過密封氣蓋13，設置在陶瓷槽12頂部，進料閥門24設置在管道與耐高溫金屬箱22底部相接處；進料裝置2的耐高溫金屬箱22內部還設有進料電子溫度計21，用於監測進入反應裝置1的原料溫度，進料電子溫度計21與控制面板82電路連接，進料裝置2的耐高溫金屬箱22底部還設有加熱器23，用於加熱進入反應裝置1的原料，所述加熱器23與所述控制面板82電路連接。

電流裝置包括石墨陽極4、以及鎢棒陰極5，鎢棒陰極5穿過密封氣蓋13設置在陶瓷槽12內一側，鎢棒陰極5位於瓷皿14上方，石墨陽極4穿過密封氣蓋13設置在陶瓷槽12內另一側，鎢棒陰極5外側設有瓷套管，瓷套管包圍住鎢棒陰極5側面，所述石墨陽極4與高頻電源84正極相連，所述鎢棒陰極5與高頻電源84負極電路相連，鎢棒陰極5下表面暴露在瓷皿14上方，所述高頻電源84與控制面板82電路連接。

廢氣處理裝置7包括氣管71、以及石灰乳處理箱72，石灰乳處理箱72設置在耐高溫鋼槽11外側，氣管71一端穿過密封氣蓋13懸空設置在陶瓷槽12上方，氣管71另一端從石灰乳處理箱72上方進入，插入石灰乳至石灰乳處理箱72底面上方，廢氣處理裝置7用於處理原料處理後產生的廢氣；所述陶瓷槽12上方的氣管71內設有抽氣扇73，所述抽氣扇73是由高溫耐磨料製成，高溫耐磨料是以與鋼鐵膨脹係數相接近的多種耐高溫防磨的無機非金屬材料為主要原料，加上多種高效無機高分子粘合劑高純超細精粉如棕剛玉、白剛玉等，再加上耐熱金屬不鏽鋼纖維絲，複合而成的纖維增強耐高溫耐磨新型複合耐火防磨料。用於加速把密封氣蓋13內的廢氣抽出至石灰乳處理箱72中，所述抽氣扇73與所述控制面板82電路連接。

該稀土金屬自動電解設備還設有反應檢測裝置，反應檢測裝置包括電子秤91、絕緣陶瓷套92，氣壓計94、以及其他氣體流量測量器93，絕緣陶瓷套92固定在石墨陽極4上方，電子秤91設置在絕緣陶瓷套92上方，電子秤91與絕緣陶瓷套92相接，電子秤91用於測量絕緣陶瓷套92與石墨陽極4的質量，氣體流量測量器93設置在密封氣蓋13上方氣管71內部，用於測量流經氣管71的氣體體積，氣壓計94設置在氣體流量測量器93上方，氣壓計94用於測量氣管中的氣壓，電子秤91、氣壓計94、以及氣體流量測量器93與控制面板82電路連接，根據電子秤91的數據可以判斷石墨陽極4的消耗情況，根據氣體流量測量器93測得氣體的總體積，最主要的氣體是氯氣與二氧化碳，因為反應溫度確定在1200-1250k之間，再由氣壓計94確定氣壓，所以可以確定氣體的氣體摩爾體積，再根據電子秤91測得的石墨陽極4也就是碳的消耗情況可以判斷出反應生成氯氣的量，進而判斷氯化物熔鹽的反應程度。

電子秤91上方還設有伸縮杆911與推動氣缸912，所述伸縮杆911下端與電子秤91上部固定連接，所述推動氣缸912與伸縮杆911相連，所述推動氣缸912與控制面板82電路連接，根據電子秤91的數據判斷，當石墨陽極4消耗完，控制面板82先斷電，控制面板82控制推動氣缸912，帶動伸縮杆911向上移動，用於更換石墨陽極4，更換完成後，控制面板82控制推動氣缸912，帶動伸縮杆911向下移動，然後控制面板82繼續通電。

參考圖2，稀土金屬出料裝置6包括收集真空泵62、稀土金屬收集箱、以及稀土金屬出料管道61，稀土金屬收集箱設置在耐高溫鋼槽11外側，稀土金屬收集箱由陶瓷內槽63、耐高溫鋼外槽64組成，所述收集真空泵62設置在陶瓷內槽63頂部，稀土金屬出料管道61一端設置在稀土金屬收集箱側面中部，穿過耐高溫鋼外槽64、以及陶瓷內槽63與陶瓷內槽63想通，稀土金屬出料管道61另一端穿過密封氣蓋13，設置在瓷皿14底面上方，所述稀土金屬出料裝置6用於將瓷皿14中的稀土金屬成品抽出；

參考圖3，廢料出料裝置3包裝廢料槽33、廢料真空泵32、以及廢料出料管道31，廢料槽33設置在耐高溫鋼槽11外側，廢料真空泵32固定在廢料槽33頂部，廢料出料管道31一端設置在廢料槽33側面中部，廢料出料管道31另一端穿過密封氣蓋13，設置在陶瓷槽12的底部；

參考圖4和圖5，控制裝置8包括電源83、控制面板82、高頻電源84、以及機箱81，高頻電源84設置在機箱81左側，電源83設置在機箱81右側，控制面板82設置在機箱81的側面，高頻電源84、以及電源83均與控制面板82電路連接，進料閥門24、廢料真空泵32、稀土金屬處理裝置、廢氣處理裝置7均通過控制面板82與電源83電路連接，所述石墨陽極4與高頻電源84正極相連，所述鎢棒陰極5與高頻電源84負極電路相連，所述高頻電源84與控制面板82電路連接。所述控制面板82用於控制所述進料閥門24、廢料真空泵32、稀土金屬處理裝置、以及所述電解裝置，所述反應電子溫度計15、進料電子溫度計21、電子秤91、以及氣壓計94均與控制裝置8電路連接，控制面板82還包括顯示器821和控制按鈕822，顯示器821用於實時顯示陶瓷槽12和耐高溫金屬箱22的溫度、氣管71的氣壓、以及石墨陽極4的質量和反應廢氣的體積，控制按鈕822負責控制進料閥門24、加熱器23、廢料真空泵32、抽氣扇73、收集真空泵62、以及進水閥門101；

該稀土金屬自動電解設備的工作流程是，氯化物熔鹽從進料裝置2的耐高溫金屬箱22，經過進料閥門24和進料管道25，進入反應裝置1的陶瓷槽12中，進料電子溫度計21檢測氯化物熔鹽的溫度，在控制面板82顯示器821中顯示，若溫度過低，控制面板82控制其加熱器23對氯化物熔鹽進行加熱處理；

氯化物熔鹽進入反應裝置1的陶瓷槽12後，控制面板82使高頻電源84向石墨陽極4與鎢棒陰極5通電，通過電子秤91記錄石墨陽極4的質量消耗情況，在控制面板82顯示器821中顯示，通過控制面板82控制打開抽氣扇73排出反應廢氣，同時通過氣體流量測量器93測定通過氣體的體積，通過氣壓計94測定氣管內的氣壓，在控制面板82顯示器821中顯示，由於反應溫度控制在1200-1250k之間，可以確定氣體的摩爾體積，根據石墨質量消耗情況與通過氣體的體積，可以判斷氯化物熔鹽的反應程度，當氯化物熔鹽基本反應完成，控制面板82控制高頻電源84斷電，控制面板82使電源83向廢料真空泵32通電，廢料出料管道31把陶瓷槽12中的廢液吸取到廢料槽33中，同時控制面板82使電源83向收集真空泵62通電，稀土金屬出料管道61把瓷皿14中的稀土金屬產品吸出到稀土金屬收集箱的陶瓷內槽63中，然後再通過進料裝置2進料，進而自動重複進行電解；

陶瓷槽12中還設有與控制面板82相連的反應電子溫度計15，可以實時反應出陶瓷槽12內電解時的溫度，該輸出的電流大小在3000-10000a，控制面板82通過控制高頻電源84輸出的電流大小對陶瓷槽12內溫度進行控制，控制陶瓷槽12內溫度在1200-1250k之間；

反應裝置1的耐高溫鋼槽11底部還設有冷卻裝置，在控制面板82顯示器821中顯示顯示實時溫度，當控制面板82檢測到反應裝置1陶瓷槽12中溫度過高時，控制面板82打開進水閥門101，水經過從水箱103左側進入，從水箱103右側排出，帶走大量熱量，對反應裝置1進行有效的降溫；

當反應裝置1在進行電解反應時，反應廢氣會匯集到密封氣蓋13上，反應廢氣通過氣管71，從石灰乳處理箱72中排出，石灰乳處理箱72對反應廢氣進行處理，通過在氣管71中設置抽氣扇73，加速排出反應廢氣，加快廢氣處理速度；

通過在鎢棒陰極5外側設有瓷管套51，使電解反應產生的稀土金屬集中落在瓷皿14中，提高稀土金屬的收集效率，更加方便收集電解反應產生的稀土金屬。

本發明是通過優選實施例進行描述的，本領域技術人員知悉，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以對這些特徵和實施例進行各種改變或等效替換。本發明不受此處所公開的具體實施例的限制，其他落入本申請的權利要求內的實施例都屬於本發明保護的範圍。